latex画图教程：LaTeX又出新玩法
latex画图教程：LaTeX又出新玩法△【微分几何中的流形】△ 【复分析中的路径积分】他用到的神器是Inkscape LaTeX，再加上自定义的快捷键，一个Ctrl F，直接完成原来的六个步骤。让你在电脑上画图也能追得上老师。无论是复分析、微分几何、电动力学，还是小哥目前正在准备的椭圆曲线毕业论文，都能用这些神器轻松搞定。
边策 乾明 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
之前，我们介绍了一位神奇的本科生，他在数学课上用Vim LaTeX，全程手打出1700页课堂笔记，速度直追老师的板书。
现在，这位Gilles小哥又开课了，上次他只教了大家手打公式的方法，这次他展示了数学笔记里的画图技巧。
他用到的神器是Inkscape LaTeX，再加上自定义的快捷键，一个Ctrl F，直接完成原来的六个步骤。
让你在电脑上画图也能追得上老师。
无论是复分析、微分几何、电动力学，还是小哥目前正在准备的椭圆曲线毕业论文，都能用这些神器轻松搞定。
△ 【复分析中的路径积分】
△【微分几何中的流形】
△ 【电动力学中的折射率椭球】
△【作者毕业论文中的椭圆曲线】
为何选择Inkscape
小哥说，其实不用图形软件，他也能画图。
给LaTeX文档添加图形可以用TikZ。用TikZ绘制一个向量A的图形只需要5行代码：
\begin{tikzpicture} \coordinate (A) at (1 3); \draw[thick ->] (0 0) — (A); \node[above right] at (A) }; \end{tikzpicture}
运行以上代码就画出矢量A的图形。（注，A应等于(1 3) 原文错误。）
TikZ优点是绘制图形只需要写代码。但是它的缺点也在于此，因为是代码所以无法实时看到图像，运行代码的速度也会比较慢。
因此，用一个能实时绘图的软件Inkscape比TikZ方便很多。
Inkscape是一个开源的矢量图形编辑器，Linux、Windows、Mac平台都可以使用。虽然比Adobe Illustrator功能少，但是胜在免费。
图形软件Inkscape与LaTeX代码并不冲突，Inkscape仍具有LaTeX的排版功能。
下面开始介绍如何把Inkscape和LaTeX两件武器结合起来。
给LaTeX文档加上图形
Inkscape可以选择使用LaTeX渲染图形中的文本，只需在保存时把图形导出为pdf和LaTeX文件。
其中，pdf文档包含剥离了文字的图形，LaTeX文件则包含了将文字放在正确位置所需的代码。
如果我们要在LaTeX中插入下面这张图：
需要转到“文件”→“另存为”，选择pdf作为扩展名。然后点击保存，会弹出以下对话框：
选择“Omit text in PDF and create LaTeX file”（在pdf中省略文本并创建LaTeX文件），将图形保存为pdf LaTeX。
假设生成的文件都存储在figures文件夹下，最后生成的目录应该像这样：
figures/ figure1.pdf_tex figure1.svg figure1.pdf
要在LaTeX文档中插入Inkscape图形，只要在开头加入以下代码：
\usepackage{import} \usepackage{xifthen} \usepackage{pdfpages} \usepackage{transparent} \newcommand{\incfig}[1]{% \def\svgwidth{\columnwidth} \import{./figures/}{#1.pdf_tex} }
假设图形的路径是figures/riemmans-theorem.svg，输入以下代码将图片插入文档中：
\begin{figure}[ht] \centering \incfig{riemmans-theorem} \caption{Riemmans theorem} \label{fig:riemmans-theorem} \end{figure}
编译上面的文档，就获得插入图形的LaTeX排版结果：
上面的图形文本由LaTeX渲染，可以根据需求更改字体，图形也会相应地更新：
也就是说用Inkscape绘制的图形，仍然保留的LaTeX的排版功能
快速创建包含图形的LaTeX文档
上面的步骤显然过于繁琐，如果在做课堂笔记的时候，急急忙忙打开Inkscape，搜索目录在插入图形，肯定是跟不上节奏的。
要知道Gilles小哥可是能同步跟上老师板书的大神，所以他还有“快捷方式”的秘技。
Gilles用一个自定义的Ctrl F快捷键，把上面的步骤简化为一键搞定。
Ctrl F背后的脚本应该满足下面六个要求：
1、根据LaTeX文件的位置查找图形目录；
2、然后检查是否存在具有相同名称的图形（与pdf_tex文件同名的svg文件）；
3、如果没有同名文件，图形模板将被复制到图形目录下；
4、将包含图形标题的当前行替换为插入图形的LaTeX代码；
5、在Inkscape中打开新图；
6、设置文件观察器，每当通过按下Ctrl S将图形保存为svg文件时，也自动保存为pdf LaTeX，让之前的保存对话框不再弹出。
Gilles已经给出了在VimTeX中的设置：
inoremap <C-f> <Esc>: silent exec '.!inkscape-figures create "'.getline('.').'" "'.b:vimtex.root.'/figures/"'<CR><CR>:w<CR> nnoremap <C-f> : silent exec '!inkscape-figures edit "'.b:vimtex.root.'/figures/" > /dev/null 2>&1 &'<CR><CR>:redraw!<CR>
下面感受一下实际效果：
按下Ctrl F，LaTeX开头插入图形的代码部分自动完成。
如果想编辑一个图形，可以按下Ctrl F打开一个选择对话框，搜索当前文档中的图形。选择其中一个后，它会显示Inkscape中的图形。保存图形时，会将插入图形的代码复制到剪贴板。
这些快捷方式使得添加和打开图形变得轻而易举，不必记每次手动将图形保存为pdf LaTeX格式。具体的脚本可以去GitHub项目页下载，地址附在文末。
绘制图形
小哥说，在大多数情况下，用Inkscape来绘制图形，要比使用TikZ要快得多。
但是与手工绘制相比，还是要慢很多，就算用上Inkscape内置的快捷方式能够加快速度，但也很难达到目标。
因此，小哥用Python编写了一个定制的快捷方式管理器，来完全控制每个按键的“解释”方式。
他说，这给自己画图带来了很大的灵活性。
绘制形状
从Inkscape内置的键盘快捷键开始说起。比如说，按下R，可以激活矩形绘制工具，E可以用来绘制椭圆等等。
就实现而言，这意味着快捷方式管理器会“重播”这些“键盘事件”，也就是说，将它们传递到Inkscape中，然后执行命令。
在小哥的设定中，用W和F替代了Inkscape默认的铅笔快捷键和曲线工具的快捷键P和B。
他说，在自己右手使用鼠标的时候，使用这些快捷键的会更舒服、更顺手一些。
基于用左手按快捷键的思路，他还将Z键设定为“取消”，Shift Z设定为“删除”，X设定为很难按到的%等等。
组合键与常用样式
设定绘图样式， 是小哥使用Inkscape做的第二件事。他用来绘图样式很简单：
- 形状，比如矩形或者圆形，多为黑色、浅灰色、白色或透明的，在操作的时候，可以选择轮廓的线条。
- 线条（包括轮廓）大多是实线、点线或虚线。它们有些非常宽，有些也带着箭头。
整体如下图所示：
这些绘图的样式是小哥经常用到的，他希望能够快速调用起来。但是，使用Inkscape的快捷方式太麻烦了，需要很长的时间。比如，将下面的圆和方框的样式从黑色实边转换成灰色虚边：
你需要按下Ctrl Shift F打开样式面板，然后通过鼠标点击相应的按钮，来改变每个对象的样式。而且，在Inkscape的快捷方式设定中，根本无法通过键盘做到这一点。
小哥认为，这太讨人嫌了。理想情况下，完成这一操作应该只需要几分之一秒。
这就是组合键发挥作用的地方。一个组合键就是一个快捷方式，有两个或多个按键组成。
比如，小哥同时按下S和F的时候，他的快捷方式管理器，就会对选定的对象使用实线笔画并进行灰色填充。想要笔划变粗？同时按下S F G就行了。
在这样的设定下，每个样式属性，都对应一个按键：S代表正常笔划，F代表灰色填充，G代表加粗，A代表加粗，D代表点线等等。
这些表格中的某些样式只响应一个键，比如左上角的样式：F代表只填充灰色而不改变笔划。这可能带来快捷键冲突的问题。
比如按F也是用来调用曲线工具的快捷键。解决方式是空格 F，用空格来充当一个占位符。
使用这些组合键，之前的问题可以通过按几个键来解决了：
F S，能够使矩形变成灰色，并应用实线边框。
F H E代表填充灰色和使用非常粗的虚线。
A G D则是增加箭头，并应用点线样式。
添加文本
绘图的另一个重要部分是添加文本。图形中通常会包含数学公式，小哥就想着能够使用自己在Vim里面设定好的“代码片段”。
为了实现这一点，他设定按T来打开一个小的Vim窗口，在这里可以输入LaTeX代码。在退出的时候，可以在Inkscape中插入一个文本节点：
正如上文所述，在文档中插如图时，可以用LaTeX来输入文本。如果想要立即插入文本怎么办？小哥说，可以用Shift T来做到这一点：
这两种选择各有优缺点。小哥主要选择第一种方法， 因为文本是由LaTeX文档呈现的。
这意味着字体将始终匹配，并且可以使用文档中定义的宏。然而，一个缺点是文本的定位有时有点困难。
由于在Inkscape上很难看到最终结果，有时需要从Inkscape跳转到PDF阅读器上看结果，然后再回来微调。
保存和较少使用的样式
虽然组合键能够满足90%的使用需求。但小哥有时候还想玩点新花样：使用自定义的样式。
比如绘制光学领域的图形，就需要一个玻璃和射线的样式了。想要实现这一点，首先要在Inkscape 使用默认的快捷方式创建样式：
选择其中的一个对象，然后按下Shift S就可以保存这些样式了。然后键入新样式的名称，比如“glass”，然后按回车键确认，之后就可以使用它了。
之后，只需要选择一个对象，按下S，并键入“glass”，就可以将相应的样式应用到这一对象上。而且，也没必要输入全名，如果“g”没有其快捷键，只需要输入“g”就行了，如果有，可以输入“gl”或者“gla”。
添加和保存对象
在小哥的设置中，最后一个部分是添加和保存对象。他说，自己可以用A来添加，然后用Shift A来保存。例如，按A并输入“ec”，会添加一个椭圆曲线：
另一个例子是，按A并输入“dg”，会添加一个“键孔”，也可以使用“Ctrl -”从给定的形状对其进行细分：
此外，还有一些图像涉及到2D和3D轴图像，在复分析以及微分几何中，会经常用到。
如果你想亲自尝试一下，你可以在这里下载Inkscape：
https://inkscape.org/
可以在GitHub上找到小哥管理图形的脚本，链接：
https://github.com/gillescastel/inkscape-figures
以及，小哥的Inkscape快捷方式管理器，链接：
https://github.com/gillescastel/inkscape-shortcut-manager
不过，这两个脚本，都只能在基于Linux的系统上工作。
小哥说， 第一个脚本应该可以开箱即用，而第二个脚本可能不行。
最后附上原博客地址：
https://castel.dev/post/lecture-notes-2/#
— 完 —
诚挚招聘
量子位正在招募编辑/记者，工作地点在北京中关村。期待有才气、有热情的同学加入我们！相关细节，请在量子位公众号(QbitAI)对话界面，回复“招聘”两个字。
量子位 QbitAI · 头条号签约作者
վ'ᴗ' ի 追踪AI技术和产品新动态
